termo 6 turbinas de vapor
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8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
1/116
Jos Agera Soriano 2012 1
TURBINAS DE VAPOR
-
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Jos Agera Soriano 2012 2
IntroduccinEn la turbina, el vapor transforma primero su entalpaen
energa cinticay, luego, sta es cedida al rodete obtenindoseel trabajo tcnicocorrespondiente.
r
entrada vapor
rod
ete
disco de toberas(distribuidor)
paso
deleje
seccin deuna tobera
cmarade vapor
labes
-
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Jos Agera Soriano 2012 3
corona fi ja
0 1 2
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
4/116
Jos Agera Soriano 2012 4
F
corona fi ja
0 1 2
)cc(mApApF 212211
Fuerza sobre un conducto corto
-
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Jos Agera Soriano 2012 5
F
corona fi ja
0 1 2
)cc(mApApF 212211
Fuerza sobre un conducto corto
u = r w
Velocidad tangencial
u
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
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Jos Agera Soriano 2012 6
F
corona fi ja
0 1 2
)cc(mApApF 212211
Fuerza sobre un conducto corto
u = r w
Velocidad tangencial
P = F u
Potencia inter ior
u
-
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8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
8/116Jos Agera Soriano 2012 8
Clasificacin fundamental de las turbinas
Turbinas de accin
Si la transformacin tiene lugar enrganos f i jos
Dependiendo del diseo de los labes, la transformacin de
entalpaen energa cintica se origina en lugares diferentes.
Turbinas de reaccin
Si la transformacin tiene lugar en el rodete
En realidad, las dos tienen el mismo pr incipio fsico defuncionamiento: la fuerza sobre los labes del rodete
aparece a causa de la variacin de cantidad de
movimiento del flujo a su paso por el mismo.
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8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
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Jos Agera Soriano 2012 9
Carl Gustaf de Laval
(1849-1939)
Turbina de accin (de vapor)de Laval
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Turbina de reaccin de vapor (pura)
Esfera girator ia de Hern (120 a.C.)
-
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Jos Agera Soriano 2012 11
20
21
hh
hh
La turbina purade reaccin no se ha desarrollado indus-
trialmente. Cuando hablamos de turbinas de reaccin, nos
estaremos refiriendo a mixtasde accin y reaccin.
=p
2
0
h
hs
o
h
1
p
s
11
2
o
=pp
pp=
2
d
istrib
uido
r
rode
te
s
s
Grado de reaccin
-
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Jos Agera Soriano 2012 12
20
21
hh
hh
La turbina purade reaccin no se ha desarrollado indus-
trialmente. Cuando hablamos de turbinas de reaccin, nos
estaremos refiriendo a mixtasde accin y reaccin.
=p
2
0
h
hs
o
h
1
p
s
11
2
o
=pp
pp=
2
d
istrib
uido
r
rode
te
s
s
Grado de reaccin
accin: h1= h2; = 0
reaccin: ho= h1; = 1mixtas: h1> h2; < 1
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
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Jos Agera Soriano 2012 13
Clasificacin segn la direccin del flujo en el rodete
)( 212211 ccmApApF
rodete
TURBINA AXIAL
laber
BOMBA RADIAL
rodete
labe
TURBINA MIXTA
rodete
labe
-
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Jos Agera Soriano 2012 14
Clasificacin segn la direccin del flujo en el rodete
)( 212211 ccmApApF
)( 21 ccmF
rodete
TURBINA AXIAL
laber
BOMBA RADIAL
rodete
labe
TURBINA MIXTA
rodete
labe
Las fuerzas de presin, o son paralelas al eje (axiales) oatraviesan el eje: no contr ibuyen al par motor.
-
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En la actualidad las turbinas de vapor y de gas son
usualmente axiales.
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Prdidas interiores
1) Por rozamientos internos2) Por choques3) La velocidad de salida4) Porfugas intersticiales
Prdidas exteriores
1) Por rozamientos mecnicos2) Por rozamiento de disco
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Jos Agera Soriano 2012 17
velocidad absoluta(del flujo)
velocidad relativa(del flujo) respecto al labe mvil
velocidad tangencial(del labe mvil)
nguloque formala velocidad absoluta con la tangencial
nguloque forma la velocidad relativa con la tangencial
c
w
u
con subndice(1)para el tr ingulo de entrada en el rodete
con subndice(2)para el tr ingulo de salida del rodete
Tr ingulos de velocidades
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Jos Agera Soriano 2012 18
DIST
RIBUIDOR
RODETE
F
2w
c2
u2
2
2
1
1
u1
1w
c1
a
c
1
2
RODETECORONA
FIJA
1
1
2
c
2u
2c
w2
c1
u1
1w
2
F
Fa
Fu
1
u1
u1
1
2
c 1a
Tr ingulos de velocidades
accinreaccin
-
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Jos Agera Soriano 2012 19
DIST
RIBUIDOR
RODETE
F
2w
c2
u2
2
2
1
1
u1
1w
c1
a
c
1
2
RODETECORONA
FIJA
1
1
2
c
2u
2c
w2
c1
u1
1w
2
F
Fa
Fu
1
u1
u1
1
2
c 1a
Tr ingulos de velocidades
accinreaccin
222 wuc
111 wuc
-
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Jos Agera Soriano 2012 20
DISTRIBUIDOR
RODETE
F
2w
c2
u2
2
2
1
1
u1
1w
c1
a
c
1
2
RODETECORONAFIJA
1
1
2
c
2u
2c
w2
c1
u1
1w
2
F
Fa
Fu
1
u1
u1
1
2
c 1a
Condiciones de diseo
Para que no se produzcan choques, la velocidad relativa
ha de ser tangente a los labes del rodete.Para que la velocidad absoluta de salida sea menor,
ha de estar prximo a los 90 .2c
1w
2
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Jos Agera Soriano 2012 21
)( 21 ccmF
Ecuacin de Euler
Fuerza sobre los labes del rodete
1
2
RODETECORONAFIJA
1
1
2
c
2u
2c
w2
c1
u1
1w
2
F
Fa
Fu
u1
c 1a
-
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22/116
Jos Agera Soriano 2012 22
)( 21 ccmF
2211
21
rcmrcm
MMM
uu
El par motor es provocado porlas fuerzas,
Ecuacin de Euler
:y 21 cmcm
Fuerza sobre los labes del rodete
Par motor
1
2
RODETECORONAFIJA
1
1
2
c
2u
2c
w2
c1
u1
1w
2
F
Fa
Fu
u1
c 1a
-
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Jos Agera Soriano 2012 23
Ecuacin de Euler
Potencia inter ior en el eje
1
2
RODETECORONAFIJA
1
1
2
c
2u
2c
w2
c1
u1
1w
2
F
Fa
Fu
u1
c 1a
ww
w
2211 rcmrcm
MP
uu
t
)( 2211 ucucmP uut
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
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Jos Agera Soriano 2012 24
Ecuacin de Euler
Potencia inter ior en el eje
1
2
RODETECORONAFIJA
1
1
2
c
2u
2c
w2
c1
u1
1w
2
F
Fa
Fu
u1
c 1a
ww
w
2211 rcmrcm
MP
uu
t
)( 2211 ucucmP uut
Trabajo inter ior en el eje
Por unidad de masa:
2211 ucucW uut 222111 coscos cucuWt
Que es la ecuacin Euler.
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
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222111 coscos cucuWt
Ecuacin fundamental de las turbomquinas
a) es aplicable a lquidos y a gases;
b) no depende de la trayectoria del fluido en el rodete; slo
de los tringulos de entrada (1) y de salida (2) del mismo;
c) es aplicable con independencia de las condiciones de
funcionamiento.
Jos Agera Soriano 2012
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
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222111 coscos cucuWt
Ecuacin fundamental de las turbomquinas
a) es aplicable a lquidos y a gases;
b) no depende de la trayectoria del fluido en el rodete; slo
de los tringulos de entrada (1)y de salida (2)del mismo;
c) es aplicable con independencia de las condiciones de
funcionamiento.
El estudio es muy elemental:
- no incluye el anlisis de prdidas
- supone que los labes guan perfectamente al flujo, lo que
sera cierto si imaginamos infinitos labes sin espesor
material; lo que se conoce como,
teora unidimensional
y/o teora del nmero inf inito de labes.Jos Agera Soriano 2012
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8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
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Jos Agera Soriano 2012 27
Segunda forma de la ecuacin de Euler
11121
21
21 cos2 ucucw
22222
22
22 cos2 ucucw
Para los tringulos de entrada y salida tenemos:
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
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Jos Agera Soriano 2012 28
Segunda forma de la ecuacin de Euler
11121
21
21 cos2 ucucw
22222
22
22 cos2 ucucw
222111212222212221 coscos
222 ucucwwuucc
Para los tringulos de entrada y salida tenemos:
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Jos Agera Soriano 2012 29
Segunda forma de la ecuacin de Euler
11121
21
21 cos2 ucucw
22222
22
22 cos2 ucucw
222111
21
22
22
21
22
21 coscos
222 ucucwwuucc
222
21
22
22
21
22
21 wwuucc
Wt
Para los tringulos de entrada y salida tenemos:
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
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Jos Agera Soriano 2012 30
222
21
22
22
21
22
21 wwuuccWt
Para turbinas axiales
22
21
22
22
21 wwcc
Wt
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
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Jos Agera Soriano 2012 31
222
21
22
22
21
22
21 wwuuccWt
Para turbinas axiales
22
21
22
22
21 wwcc
Wt
tWcchhQ
2
21
22
12 21
2
2
2
1
2hhccWt
2
21
22
21
wwhh
Apliquemos la ecuacin de la energa entre la entrada y la
salida del rodete:
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
32/116
Jos Agera Soriano 2012 32
222
21
22
22
21
22
21 wwuuccWt
Para turbinas axiales
22
21
22
22
21 wwcc
Wt
tWcchhQ
2
21
22
12 21
2
2
2
1
2hhccWt
2
21
22
21
wwhh
Si adems son de accin (h1= h2)
21 ww
Apliquemos la ecuacin de la energa entre la entrada y la
salida del rodete:
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Jos Agera Soriano 2012 33
F R F R F R F
escalonamiento 1 escalonamiento 2 escalonamiento 3
extraccin
w2
oc c2
c1
1w
oc oc
Coeficiente de recuperacin
La velocidad de salida de un escalonamiento se aprovecha
en parte como velocidad de entrada en el siguiente:22
2o cc
= coeficiente de recuperacin.
2c
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
34/116
Jos Agera Soriano 2012 34
F R F R F R F
escalonamiento 1 escalonamiento 2 escalonamiento 3
extraccin
w2
oc c2
c1
1w
oc oc
La velocidad de salida se aprovecha mejor cuando los
escalonamientos estn prximos (1 y 2).No as cuando hay unaextraccin; la velocidad de entrada en el escalonamiento 3
es prcticamente nula.
2c
oc
Coeficiente de recuperacin
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8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
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Jos Agera Soriano 2012 35
F R F R
oc
c1
1w
Rendimiento interno de un escalonamiento
2/2och
W
s
tu
p
2
s
2
pp=
1
0ho
hsh
1 2
=p
p 1
p=
o
3h
2h3
tW
2/2c2
c2
/2o
h
s
s
En tubomquinas trmicas, los rozamientos internos y las
prdidas intersticiales se contemplan conjuntamente: prdidasinternas. El rendimiento internosera:
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
36/116
Jos Agera Soriano 2012 36
Velocidad isoentrpica
cs
s
s
h
cc
22
2o
2
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
37/116
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
38/116
Jos Agera Soriano 2012 38
2/2/ 22
o s
t
s
tu
c
W
ch
W
2
222111 coscos2s
uc
cucu
Velocidad isoentrpica
cs
Rendimiento interno
s
s
h
cc
22
2o
2
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
39/116
Jos Agera Soriano 2012 39
2/2/ 22
o s
t
s
tu
c
W
ch
W
2
222111 coscos2s
uc
cucu
2
21
1 coscos2 sss
uc
c
c
c
c
u
Velocidad isoentrpica
cs
Rendimiento interno
s
s
h
cc
22
2o
2
Turbinas axiales (u1= u2= u):
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
40/116
Jos Agera Soriano 2012 40
Rendimiento interno de la turbina
Ti )10,105,1( ss hh
s
2
h
hsT
c2/2
/o 22c
Wt
sh
h
h
W
W
W
22c -( )
1
s2
3s
t2
t3
t1
p
2
s
2
p
p=
1
0ho
hsh
1 2
=
p
p 1
p=
o
3h
2h3
tW
2/2c2
c2/2o
h
s
s
Con varios escalonamientos, la suma de las cadas de entalpa
es mayor que la cada total: el rendimiento resulta mayor.
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
41/116
Jos Agera Soriano 2012 41
Carl Gustaf de Laval
(1849-1939)
Turbina de accin (de vapor)de Laval
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
42/116
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
43/116
Jos Agera Soriano 2012 43
ss
s hhccc
222
2o
221
ss hcc 2)terico(1
sh
s
h
0
p=
p 1
1-2
3
tsW
op=p
=2p
/22c2
s21s==os
h
s
shp=
1
2
=1pp
p
0
=po
tW
23
h
2/2oc o2c 2/
2
2c 2/
1s
Escalonamiento de accin Turbinas de accin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
44/116
Jos Agera Soriano 2012 44
ss
s hhccc
222
2o
221
ss hcc 2)terico(1sc
ckc )real(1
97,093,0 ck
sh
s
h
0
p=
p 1
1-2
3
tsW
op=p
=2p
/22c2
s21s==os
h
s
shp=
1
2
=1pp
p
0
=po
tW
23
h
2/2oc o2c 2/
2
2c 2/
1s
Escalonamiento de accin Turbinas de accin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
45/116
Jos Agera Soriano 2012 45
DISTRIBUIDOR
RODET
E
F
2w
c2
u2
2
2
1
1
u1
1w
c1
a
c
1
u1
1
2
Rendimiento interno Turbinas de accin
La seccin entre labes del rodete ha de ser constante,
para que no haya var iacin de velocidad.
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
46/116
Jos Agera Soriano 2012 46
DISTRIBUIDOR
RODET
E
F
2w
c2
u2
2
2
1
1
u1
1w
c1
a
c
1
u1
1
2
Rendimiento interno
2
1
1
2
c1
2c
u1u=
uu= 2
w2
1
w
=
uu= 1
u=u 2
1
1c1
2
2
c2
w
1w
2
cu1
cu2
Turbinas de accin
La seccin entre labes del rodete ha de ser constante,
para que no haya var iacin de velocidad.
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
47/116
Jos Agera Soriano 2012 47
DISTRIBUIDOR
RODET
E
F
2w
c2
u2
2
2
1
1
u1
1w
c1
a
c
1
u1
1
2
Rendimiento interno
2
1
1
2
c1
2c
u1u=
uu= 2
w2
1
w
=
uu= 1
u=u 2
1
1c1
2
2
c2
w
1w
2
cu1
cu2
12 teorico w)(w
Turbinas de accin
La seccin entre labes del rodete ha de ser constante,
para que no haya var iacin de velocidad.
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
48/116
Jos Agera Soriano 2012 48
DISTRIBUIDOR
RODET
E
F
2w
c2
u2
2
2
1
1
u1
1w
c1
a
c
1
u1
1
2
Rendimiento interno
2
1
1
2
c1
2c
u1u=
uu= 2
w2
1
w
=
uu= 1
u=u 2
1
1c1
2
2
c2
w
1w
2
cu1
cu2
12 (real) wkw w
Turbinas de accin
La seccin entre labes del rodete ha de ser constante,
para que no haya var iacin de velocidad.
12 teorico w)(w
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
49/116
Jos Agera Soriano 2012 49
2
1
1
2
c1
2c
u1u=
uu= 2
w2
1w =
cu1
cu2
Rendimiento interno terico
Turbinas axiales (u1= u2= u):
2
21
1 coscos2 sss
uc
c
c
c
c
u
Turbinas de accin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
50/116
Jos Agera Soriano 2012 50
2
1
1
2
c1
2c
u1u=
uu= 2
w2
1w =
cu1
cu2
1122 cos2cos cuc
Rendimiento interno terico
Turbinas axiales (u1= u2= u):
2
21
1 coscos2 sss
uc
c
c
c
c
u
Sustituyendo para las de accin:
Turbinas de accin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
51/116
Jos Agera Soriano 2012 51
2
1
1
2
c1
2c
u1u=
uu= 2
w2
1w =
cu1
cu2
1122 cos2cos cuc
ssu
cu
cu
1cos4
scc )terico(1
Rendimiento interno terico
Turbinas axiales (u1= u2= u):
2
21
1 coscos2 sss
uc
c
c
c
c
u
Sustituyendo para las de accin:
Turbinas de accin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
52/116
Jos Agera Soriano 2012 52
ss
u
c
u
c
u1cos4
Ecuacin de una parbola que pasa por el origen.
Turbinas de accin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
53/116
Jos Agera Soriano 2012 53
El rendimiento se anula cuando es nulo alguno de los dos
factores:
u/cs= 0; el rodete est frenado
u/cs= cos 1; el rodete ira tan rpido que el flujo lo
atraviesa sin cederle energa (c1= c2).
ss
u
c
u
c
u1cos4
Ecuacin de una parbola que pasa por el origen.
Turbinas de accin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
54/116
Jos Agera Soriano 2012 54
ssu
c
u
c
u1cos4
u*
u*= cos (terico)12
teric
oreal
usc = =
*ucs 2
1cos0 cu
cos 1s=
su c/
Turbinas de accin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
55/116
Jos Agera Soriano 2012 55
ssu
c
u
c
u1cos4
2
costerico)( 1
sc
uu* u
*= cos (terico)12
teric
oreal
usc = =
*ucs 2
1cos0 cu
cos 1s=
su c/
Turbinas de accin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
56/116
Jos Agera Soriano 2012 56
ssu
c
u
c
u1cos4
2
costerico)( 1
sc
u
12cos)terico( u
u*
u*= cos (terico)12
teric
oreal
usc = =
*ucs 2
1cos0 cu
cos 1s=
su c/
Turbinas de accin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
57/116
Jos Agera Soriano 2012 57
ssu
c
u
c
u1cos4
2
costerico)( 1
sc
u
12cos)terico( u
1
11
v
Acm a
oo
1 1520
u*
u*= cos (terico)12
teric
oreal
usc = =
*ucs 2
1cos0 cu
cos 1s=
su c/
Turbinas de accin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
58/116
Jos Agera Soriano 2012 58
Dimensiones lmite
l= hasta 0,95 ml
D
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
59/116
Jos Agera Soriano 2012 59
Dimensiones lmite
l= hasta 0,95 m
u(medio)= 400 m/sl
D
(u =w
r =w
D/2
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
60/116
Jos Agera Soriano 2012 60
Dimensiones lmite
l= hasta 0,95 m
u(medio)= 400 m/s
u(exterior)= 600 m/s
u ptimo (u*)>>>>400 m/s
(u =w
r =w
D/2
l
D
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
61/116
Jos Agera Soriano 2012 61
LABES
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
62/116
Jos Agera Soriano 2012 62
Escalonamientos de velocidad en turbinas de accin
2121
(rueda Cur tis)
c1
u
u
u
u
w1
c1
1
u
R
'c1
1
'
w
RF
c2tobera
u
'2c
'2'2
u
c2
w2
'w1
2
u
1
1
Consiste en intercalar
una corona fija (F) entredos rodetes (R). Con esto
conseguimos reducir a
mitad la u*.
Este conjunto, llamado
rueda Cur tis, es el inicio
de las turbinas actuales.
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
63/116
Jos Agera Soriano 2012 63
s
=p2p
h
2
1
hsT
1
=pp
hsAB
D
C
p
D
2
v
A
C
B
1
Como la cada de entalpa es muy elevada, no hay otra que
dividirla en partes (muchas), de tal manera que podamos
conseguir el u ptimo(u*)en cada escalonamiento.
Escalonamientos de presin en turbinas de accin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
64/116
Jos Agera Soriano 2012 64
Escalonamientos de presin en turbinas de accin
s
=p2p
h
2
1
hsT
1
=pp
hsAB
D
C
p
D
2
v
A
C
B
1
Comenzando con una rueda Curtis la entalpa utilizada sera
desde 1hasta B, con lo que conseguimos una gran cada de
presin. A partir de B, comenzaran los escalonamientos.
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
65/116
Jos Agera Soriano 2012 65
Tres escalonamientos de presin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
66/116
Jos Agera Soriano 2012 66
Turbina de accin con doble escalonamiento develocidad y siete escalonamientos de presin
rueda Curtis
escalonamientos de presin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
67/116
Jos Agera Soriano 2012 67
Rueda Curtis
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
68/116
Jos Agera Soriano 2012 68
Rueda Cur tis
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
69/116
Jos Agera Soriano 2012 69
Ejercicio:Grfico de presiones y de velocidades absolutasen una turbina de accin con rueda Cur tis y cuatro
escalonamientos de presin
R F R
1pc1
c2
p, c
ve
loc
idad
es
a
bso
luta
s
presiones
R R R R F F FF
DISTRIBUIDOR
tob
era
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
70/116
Jos Agera Soriano 2012 70
Sir Charles Algernon Parsons
(1854-1931)
Turbina de reaccin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
71/116
Jos Agera Soriano 2012 71
Turbinas de reaccin (Parsons)
La cada de entalpa del
escalonamiento se loreparten ahora entre la
corona f i jay el rodete.
La seccin entre labes del rodete ha de ser convergente,
para que haya aumento de velocidad en el mismo.
1
2
RODETECORONAFIJA
1
1
2
c
2u
2c
w2
c1
u1
1w
2
F
Fa
Fu
u1
c 1a
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
72/116
Turbinas de reaccin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
73/116
Jos Agera Soriano 2012 73
2
ho
s
h
1
0
h/2
h/2
p=p1
2p=p
o
=pp
hs/2
sh/2
hs
2/2co
= 0,5
La velocidad absoluta , para un grado de reaccin = 0,5,
corresponder ahora a la mitad de la cada de entalpa delescalonamiento: 2/hs
1c
Escalonamiento de reaccin Turbinas de reaccin
E l i d i Turbinas de reaccin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
74/116
Jos Agera Soriano 2012 74
2
ho
s
h
1
0
h/2
h/2
p=p1
2p=p
o
=pp
hs/2
sh/2
hs
2/2co
= 0,5
La velocidad absoluta , para un grado de reaccin = 0,5,
corresponder ahora a la mitad de la cada de entalpa delescalonamiento:
2)real(1
sc
ckc
2/hs
2
(terico) 2o1s
s
chcc
1c
Escalonamiento de reaccin Turbinas de reaccin
R di i t i t t i Turbinas de reaccin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
75/116
Jos Agera Soriano 2012 75
Rendimiento interno terico
Turbinas axiales (u1= u2= u):
2
21
1 coscos2 sss
ucc
cc
cu
Turbinas de reaccin
w1
2c 2cosc2
2
cos 12w
1
1c 1
w22
1u=u
u2 u=
R di i t i t t i Turbinas de reaccin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
76/116
Jos Agera Soriano 2012 76
Rendimiento interno terico
Turbinas axiales (u1= u2= u):
2
21
1 coscos2 sss
ucc
cc
cu
Sustituyendo para las de reaccin:
Turbinas de reaccin
w1
2c 2cosc2
2
cos 12w
1
1c 1
w22
1u=u
u2 u=
2222 coscos wuc
1122 coscos cuc
R di i t i t t i Turbinas de reaccin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
77/116
Jos Agera Soriano 2012 77
Rendimiento interno terico
Turbinas axiales (u1= u2= u):
2
21
1 coscos2 sss
ucc
cc
cu
Sustituyendo para las de reaccin:
Turbinas de reaccin
w1
2c 2cosc2
2
cos 12w
1
1c 1
w22
1u=u
u2 u=
2222 coscos wuc
1122 coscos cuc
2
21
1 coscos2 sss
uc
c
c
c
c
u
R di i t i t t i Turbinas de reaccin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
78/116
Jos Agera Soriano 2012 78
Rendimiento interno terico
Turbinas axiales (u1= u2= u):
2
21
1 coscos2 sss
ucc
cc
cu
Sustituyendo para las de reaccin:
Turbinas de reaccin
w1
2c 2cosc2
2
cos 12w
1
1c 1
w22
1u=u
u2 u=
2222 coscos wuc
1122 coscos cuc
2
21
1 coscos2 sss
uc
c
c
c
c
u
ssu
c
u
c
u1cos22
Turbinas de reaccin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
79/116
Jos Agera Soriano 2012 79
El rendimiento se anula cuando es nulo alguno de los dosfactores:
u/cs= 0; el rodete est frenado
u/cs= ; el rodete ira tan rpido que el flujo lo
atraviesa sin cederle energa.
Ecuacin de una parbola que pasa por el origen.
ssu c
u
c
u
1
cos22
Turbinas de reaccin
1cos2
Turbinas de reaccin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
80/116
Jos Agera Soriano 2012 80
Turbinas de reaccin
0=csu
s
*
cu
2=
cos 1
teric
o
*u
cos=sc
u1
/cu s
2
Turbinas de reaccin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
81/116
Jos Agera Soriano 2012 81
12cos)terico( u66,064,0
2
costerico)( 1
sc
uTurbinas de reaccin
0=csu
s
*
cu
2=
cos 1
teric
o
*u
cos=sc
u1
/cu s
2
Turbinas de reaccin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
82/116
Jos Agera Soriano 2012 82
12cos)terico( u66,064,0
2
costerico)( 1
sc
u
88,082,0cos)terico( 12 u
Turbinas de reaccin
0=csu
s
*
cu
2=
cos 1
teric
o
*u
cos=sc
u1
/cu s
2
Turbinas de reaccin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
83/116
Jos Agera Soriano 2012 83
12cos)terico( u
66,053,0real)(
sc
u
66,064,02
costerico)( 1
sc
u
88,082,0cos)terico( 12 u
)2520( oo1
Turbinas de reaccin
0=csu
s
*
cu
2=
cos 1
teric
o
*u
cos=sc
u1
/cu s
2
Ej i i
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
84/116
Jos Agera Soriano 2012 84
ve
loc
ida
de
s
presio
nes
c2
Ejercicio. Grfico de presiones y de velocidades absolutaen una turbina de reaccin con cinco escalonamientos.
Comparacin entre accin y reaccin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
85/116
Jos Agera Soriano 2012 85
66,053,0real)( sc
u
accin
reaccin
47,038,0real)(
sc
u
general
frmula de Pfleiderer
)8,01()47,038,0(
sc
u
Comparacin entre accin y reaccin
Condiciones ptimas
= 0,5)
Nmero z de escalonamientos
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
86/116
Jos Agera Soriano 2012 86
Nmero z de escalonamientos
)47,038,0(
)8,01()47,038,0(
/
/
(accin)
(reaccin)
s
s
cu
cu
Nmero z de escalonamientos
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
87/116
Jos Agera Soriano 2012 87
8,01(reaccin)
accin)(
s
s
c
c
Nmero z de escalonamientos
)47,038,0(
)8,01()47,038,0(
/
/
(accin)
(reaccin)
s
s
cu
cu
Nmero z de escalonamientos
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
88/116
Jos Agera Soriano 2012 88
8,01(reaccin)
accin)(
s
s
c
c
(accin)accin(reac)reac(total) sss hzhzh
Nmero z de escalonamientos
)47,038,0(
)8,01()47,038,0(
/
/
(accin)
(reaccin)
s
s
cu
cu
Nmero z de escalonamientos
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
89/116
Jos Agera Soriano 2012 89
8,01(reaccin)
accin)(
s
s
c
c
2
2
(reac)
(accin)
(reac)
(accin)
accin
reac )0,8(1
s
s
s
s
c
c
h
h
z
z
(accin)accin(reac)reac(total) sss hzhzh
Nmero z de escalonamientos
)47,038,0(
)8,01()47,038,0(
/
/
(accin)
(reaccin)
s
s
cu
cu
Nmero z de escalonamientos
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
90/116
Jos Agera Soriano 2012 90
8,01(reaccin)
accin)(
s
s
c
c
2
2
(reac)
(accin)
(reac)
(accin)
accin
reac )0,8(1
s
s
s
s
c
c
h
h
z
z
doble)(el1,96 accinreac zz
(accin)accin(reac)reac(total) sss hzhzh
)47,038,0(
)8,01()47,038,0(
/
/
(accin)
(reaccin)
s
s
cu
cu
Nmero z de escalonamientos
Para = 0,5
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
91/116
Jos Agera Soriano 2012 91
accin reaccin
Aunque las turbinas de reaccin tienen casi doble nmero
de escalonamientos, su construccin resulta ms econmica
por su montaje en tambor.
Prdida por rozamiento del f lujo
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
92/116
Jos Agera Soriano 2012 92
DISTRIBUIDOR
RODETE
F
2w
c2
u2
2
2
1
1
u1
1w
c1
a
c
1
2
RODETECORONAFIJA
1
1
2
c
2u
2c
w2
c1
u1
1w
2
F
Fa
Fu
1
u1
u1
1
2
c 1a
Prdida por rozamiento del f lujo
En las de accin, la cada de entalpa por escalonamiento es
mayor, y adems se transforma de una vez en energa cintica
en la corona fija. Mayores velocidades y curvatura de labes
ms pronunciados en el rodete provocan mayores prdidas.
Prdida por velocidad de sal ida c2
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
93/116
Jos Agera Soriano 2012 93
2
95,085,0 6,03,0 accin
reaccin
22
2o cc
accin
reaccin
En las turbinas de reaccin, el flujo salta ms limpiamente de uno
a otro escalonamiento, por lo que se aprovecha mejor la velocidad
de salida de uno como velocidad de entrada en el siguiente:
Prdida por rozamiento de disco
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
94/116
Jos Agera Soriano 2012 94
accin reaccin
En las de reaccin es despreciable; en cambio en las de
accin, cada rueda roza con el fluido estancado por ambascaras.
Prdida por rozamiento de disco
Empuje axial
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
95/116
Jos Agera Soriano 2012 95
En las turbinas de reaccin, la presin a la entrada de cada
rodete es mayor que la de salida. Esta diferencia depresiones, multiplicada por el rea de las respectivas
coronas, da una fuerza en el sentido del flujo que no habra
cojinete que la soportara. Habra que contrarrestarla:
1. Embolo compensador
2. Diseo en forma de dibolo
Empuje axial
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
96/116
Jos Agera Soriano 2012 96
vapor
Diseo en forma de dibolo
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
97/116
Jos Agera Soriano 2012 97
mbolo
compensador
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
98/116
Jos Agera Soriano 2012 98
vapor baja presin vapor alta presin
mbolo
compensador
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
99/116
Jos Agera Soriano 2012 99
sellado mbolo compensadormbolo
compensador
vapor baja presin vapor alta presin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
100/116
Jos Agera Soriano 2012 100
Sellado mbolo compensador
Empaquetadura para el sellado por la parte de alta presin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
101/116
Jos Agera Soriano 2012 101
Empaquetadura para el sellado por la parte de baja presin
Empaquetadura para el sellado por la parte de alta presin
Empaquetadura para el sellado por la parte de alta presin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
102/116
Jos Agera Soriano 2012 102
Empaquetadura para el sellado por la parte de baja presin
Empaquetadura para el sellado por la parte de alta presin
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
103/116
Jos Agera Soriano 2012 103
empaquetadura
L imitacin de la potencia
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
104/116
Jos Agera Soriano 2012 104
rpm)en(,60
nnD
u
tac de a pote c a
l
D
L imitacin de la potencia
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
105/116
Jos Agera Soriano 2012 105
rpm)en(,60
nnD
u
m55,23000
4006060mx
n
uD
p
l
D
L imitacin de la potencia
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
106/116
Jos Agera Soriano 2012 106
rpm)en(,60
nnD
u
m55,23000
4006060mx
n
uD
2
mxmxmx
m7,20,952,550,9
0,9
lDA
p
El factor 0,9 tiene en cuenta el espesor de todos los labes,
que reduce la superficie de la corona circular.
l
D
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
107/116
A
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
108/116
Jos Agera Soriano 2012 108
kg/s8725
3007,2
2
a2mx2mx
v
cAm
kg/s13465,0
8765,0
2mxmx mm
Las extracciones suponen un 35%.
Esto beneficia a efectos de conseguir
mayores potencias:
l
D
3007 2A
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
109/116
Jos Agera Soriano 2012 109
kg/s8725
3007,2
2
a2mx2mx
v
cAm
kg/s13465,0
8765,0
2mxmx mm
MW160kW1016014502
13487 32mxmx
tWmP
Las extracciones suponen un 35%.
Esto beneficia a efectos de conseguir
mayores potencias:
Para aumentar la potencia habra que aumentar el nmero de
puertas de salida. Con slo poner la turbina de baja en forma
de dibolo, ya se duplica el lmite de potencia.
l
D
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
110/116
Jos Agera Soriano 2012 110
Rodete de turbinacon cuatro f lujos
de salida.
Montaje de la mitad super ior de coronas fi jas
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
111/116
Jos Agera Soriano 2012 111
j p j
Turbina de 380 MW con cuatro flujos de salida
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
112/116
Jos Agera Soriano 2012 112
del recalentador
1
1/2 1/2
1/4 1/4 1/4 1/4
Turbina de 380 MWcon cuatro flujos de salida
700 MW
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
113/116
Jos Agera Soriano 2012 113
del recalentador
1
Turbina de 700 MWcon ocho f lujos de salida
1/2
1/2
1/81/8 1/8 1/8 1/8 1/8 1/8 1/8
1/8 1/81/81/8
En los primeros escalonamientos los labes son cilndricos.
C l b l l l id d i l di
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
114/116
Jos Agera Soriano 2012 114
Para turbinas de vapor
Con labes ms largos, la velocidad tangencial ser muy di-
ferente en la base y en el extremo, y con ello sus tringulos
de velocidades:labes con torsin.
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
115/116
Jos Agera Soriano 2012 115
F iguras no incluidas en las diapositivaskk h ( )0
-
8/10/2019 Termo 6 Turbinas de Vapor
116/116
Nota 6-8.7 Ejercicio 6-8.7
0,9
kw
0,8
0,7
0,6
ck
18016010060
1 2
21
-
s
h2 2
2
sh
11
ho
h
c2/2o0
32/2c 2
Wt
h
ho
=
2
h-
RF
c
1
ac
1
c1
c 22
u
1w
c
u
2
1
a2
ao
s
s
2
2
1
1
u
c1
2c
=18
=153,2
=127,6
=26,8=1175
m/s
=418
m/s
=400 m/s
=734 m/s2ww1=804 m/s
1
hs
s
3
0,1ba
r
=p
h0
Wt
1
2
( )co= 0
875474
3057
2508242123672293
=549
=764
s